近日，托木斯克理工大学(TPU)与俄罗斯科学院西伯利亚分院G.I.Budker核物理研究所(INP SB RAS)的科学家们共同开发出了一种利用快电子束超快速合成高熵陶瓷的技术方法。这一成果已在《国际陶瓷》杂志上发表，并得到了俄罗斯科学基金会的资助。

在强大的快速电子束中，单滴液体(a)、具有横向裂解的液体(b)和合成高熵陶瓷碎片(c)的扫描电子显微镜图像。由文章作者提供

据悉，专家们成功获得了一种基于氧化物陶瓷且具有独特强度和耐热性能的材料。这种陶瓷材料的应用领域广泛，涵盖电子、核物理、催化以及生物医学等多个领域。此次研究的主要目标是生产用于飞机燃气涡轮发动机结构件的热障涂层。

高熵陶瓷的合成与烧结是陶瓷材料科学中的一个活跃研究领域。这种材料的特殊之处在于它们代表了至少五种无机化合物的固溶体，其特点是由于材料晶格中元素的无序排列导致的高熵效应。这种热力学特性的高值使得材料更加稳定，能够抵抗外界影响。

使用强力快速电子束处理粉末的装置元件的图表和照片：1 - 工业加速器 ELV-6; 2——向大气中释放电子束的装置; 3——电磁束扫描装置; 4 – 带有加工用粉末的铜比色皿; 5 – 用于在电子束下移动比色皿的桌子

托木斯克理工大学首席研究员、技术科学博士谢尔盖·金加佐夫表示：“设计新型高熵陶瓷使我们能够获得具有以前无法获得的特性的材料，如超高强度、高耐热性、低热导率等。这些特性决定了高熵陶瓷应用的广度和前景。”

然而，传统的高熵陶瓷合成方法需要花费大量时间，且能耗较高。为了解决这一问题，TPU与INP合作开发了一种非标准方法，即在工业加速器中使用空气中的快速电子加热方法来合成高熵陶瓷。这种方法可以在几秒钟内完成合成过程，大大提高了效率。

铜模中含有初始试剂的粉末混合物，在用强力快速电子束处理之前和之后。照片由文章作者提供。

俄罗斯科学院西伯利亚原子能研究所高级研究员米哈伊尔·戈尔科夫斯基解释说：“我们开发合成技术的ELV-6装置是一座独一无二的设施，能够在1秒内合成材料。光束的特性使其能够在短时间内从由不同成分混合而成的粉末中快速获得由单一化合物组成的整体材料。”

目前，专家们已成功合成出具有独特强度和耐热性能的陶瓷样品，合成过程仅需1到10秒。此外，他们还为高熵氧化物陶瓷的超快速合成奠定了科学基础，并计划将这一技术应用于生产飞机燃气涡轮发动机叶片的热障涂层。

谢尔盖·金加佐夫补充道：“我们首次在十秒之内合成出含稀土氧化物的高熵陶瓷样品，这些样品具有独特的强度和防热性能。